Investigation of polymer-free graphene transfer and passivation layer for enhanced reliability of graphene field-effect transistors

Abstract

그래핀 소자의 신뢰성은 상용화의 측면에서 봤을 때 매우 중요하다. 본 연구에서는 그래핀 소자의 신뢰성을 평가하기 위해서 음성 게이트 전압 스트레스 불안정성을 측정하였다. 그래핀 소자의 신뢰성에 영향을 미치는 요소들은 결함, 잔여물, 표면 상태 등의 여러 가지가 있다. 본 연구에서는 전사 방법과 부동화 피막이 신뢰성에 미치는 영향을 분석하였다. 그래핀을 합성하는 여러 가지 방법이 제안되었지만 전기적 응용을 위해서는 크기 조절이 용이하고 비교적 뛰어난 전기적 특성을 갖는 화학 기상 증착법이 가장 확실한 후보로 거론되고 있다. 그러나 화학 기상 증착법으로 합성된 그래핀이 전기적으로 응용되기 위해서는 촉매 금속으로부터 절연 기판으로 전사되어야 한다. 대다수의 전사 방법들은 그래핀이 접히거나 찢어지는 것을 방지하기 위해 고분자 지지층을 이용하고 있다. 그러나 고분자 지지층의 잔여물이 그래핀 표면에 남게 되면 그래핀의 고유한 특성을 보존하지 못하게 된다. 본 연구에서는 그래핀의 고유한 특성을 보존하기 위해서 고분자 지지층을 이용하지 않는 전사 방법을 제안한다. 구리 촉매 금속 자체를 지지층으로 사용하여 그래핀이 고분자 물질과 접촉하는 과정을 없앴다. 따라서 전사 과정이 끝난 이후에 고분자 잔여물이 그래핀 표면에 남지 않게 된다. 이와 같은 방법으로 전사된 그래핀의 전기적 특성을 분석하기 위해서 음성 게이트 전압 스트레스 불안정성을 측정하였고, 신뢰성이 개선되었음을 확인하였다. 부동화 피막이 그래핀 소자에 미치는 영향은 다양한 연구를 통해 알려져 있다. 가장 많이 사용되는 부동화 피막인 산화알루미늄은 그래핀의 P형 도핑을 억제하고 이력현상을 줄인다. 본 연구에서는 산화알루미늄 부동화 피막을 통해서 그래핀 소자의 음성 게이트 전압 스트레스 불안정성이 개선되는 현상을 확인하였다.